Astronomen messen erstmals die Eigenbewegung von Sternen in der Sculptor-Zwerggalaxie

Die Sculptor-Zwerggalaxie. (Credit: ESO / Digitized Sky Survey 2)
Die Sculptor-Zwerggalaxie. (Credit: ESO / Digitized Sky Survey 2)

Durch die Kombination von Daten des Weltraumteleskops Hubble und der Gaia-Mission konnten Astronomen der Universität Groningen die Eigenbewegungen von 15 Sternen in der Sculptor-Zwerggalaxie messen. Dies ist die erste derartige Messung an Sternen in einer kleinen Galaxie außerhalb der Milchstraßen-Galaxie. Die Ergebnisse zeigen eine unerwartete Tendenz bei der Bewegungsrichtung, was darauf hindeutet, dass die theoretischen Standardmodelle, welche für die Bewegung der Sterne und Dunkle-Materie-Halos in anderen Galaxien genutzt werden, inkorrekt sein könnten. Die Ergebnisse wurden am 27. November 2017 im Journal Nature Astronomy veröffentlicht.

Mithilfe der durch den Doppler-Effekt verursachten Rotverschiebung können Astronomen schon lange die Bewegung der Sterne in unserer "Sichtlinie" (also die Bewegung auf uns zu oder von uns weg) messen. Die Messung der Bewegung an der Himmelskugel, die sogenannte Eigenbewegung, ist jedoch viel schwieriger. Es erfordert mehrere sehr präzise Messungen der Sternposition über einen Zeitraum von mehreren Jahren, um die Eigenbewegung des Sterns zu messen. Aufgrund der großen Entfernungen bewegen sich von der Erde aus betrachtet viele Sterne in unserer Galaxie nur sehr wenig am Himmel. Bei Sternen außerhalb unserer Galaxie ist diese Eigenbewegung sogar noch geringer.

Positionen
Die momentan laufende europäische Gaia-Mission wurde entwickelt, um die exakten Positionen von über einer Milliarde Sternen festzustellen, die meisten davon in unserer eigenen Galaxie. "Aber Gaia misst auch die Positionen von Sternen in nahen Galaxien", erklärte der Astronom Davide Massari von der Universität Groningen. "Und bei manchen dieser Sterne kennen wir auch die Position aus Messungen des Hubble-Teleskops vor etwa zwölf Jahren."

Massari und seine Kollegen vom Kapteyn Astronomical Institute machten sich also daran, beide Datensätze zu kombinieren. Das ist keine leichte Aufgabe, weil beide Missionen die Positionen auf verschiedene Weisen messen. Unter Verwendung von Hintergrundgalaxien, die ihre Positionen während der zwölf Jahre nicht verändert hatten, konnte das Team die Daten kombinieren. "Wir mussten sehr sorgfältig sein, um systematische Fehler auszuschließen", sagte Massari. Aber sie hatten Erfolg, und unter den 120 Sternen, die sowohl von Hubble als auch von Gaia in der Sculptor-Zwerggalaxie gemessen wurden, fanden sie 15 Sterne mit extrem präzisen paarweisen Beobachtungen.

Bahnen
"Als nächstes bestimmten wir, wie sich die Sterne in dieser kleinen Galaxie bewegten, was durch die Anisotropie beziffert wird. Wenn sie hoch ist, haben die Sterne sehr langgezogene Bahnen. Wenn sie sehr klein ist, haben sie kreisförmige Umlaufbahnen. Dies erlaubt uns, die Eigenschaften des Halos aus Dunkler Materie abzuleiten, in den die Galaxie eingebettet ist. Aber unser gemessener Wert war sehr überraschend und widerspricht den Standardmodellen. Das bedeutet, dass einige der Vermutungen, auf denen diese Modelle beruhen, falsch sein müssen.

Komplexe Galaxie
"Bis jetzt konnten wir die Modelle nur mit Bewegungen in der Sichtlinie überprüfen. Das schien gut zu funktionieren, aber jetzt, mit der Eigenbewegung, brechen die Modelle zusammen", erklärte Massari. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass die Modelle voraussetzen, dass alle Sterne einer einzigen Population angehören. Aber wir wissen, dass die Sculptor-Zwerggalaxie komplex ist und mindestens zwei stellare Komponenten aufweist: eine kompaktere und eine mehr ausgedehnte. Es gibt in der Tat ein Modell, das dies berücksichtigt, und die von Massari und seinen Kollegen gemessene Anisotropie wird tatsächlich von diesem Modell vorhergesagt, falls die meisten der gemessenen Sterne zu der kompaktesten Komponente gehören.

Die Bewegung von Sternen hängt hauptsächlich von dem unsichtbaren Dunkle-Materie-Halo im Umfeld einer Galaxie ab. Darum ist es so wichtig, die Anisotropie zu bestimmen, weil sie dazu verwendet werden kann, die Verteilung der Dunklen Materie in einer Galaxie abzuleiten, die wiederum auf der Natur der Dunklen Materie selbst beruht. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir mit Gaia-Daten in Kombination mit anderen Datensätzen die Eigenbewegungen von Sternen außerhalb der Milchstraßen-Galaxie messen können. Das verbessert die Modelle, die die Verteilung der Dunklen Materie in diesen anderen Galaxien beschreiben", sagte Massari.

Präzise Messungen
Ein anderes wichtiges Ergebnis ist eine präzisere Messung der Umlaufbahn der Sculptor-Zwerggalaxie um die Milchstraßen-Galaxie. "Diese Umlaufbahn ist viel größer als erwartet. Bislang hatte man vermutet, dass die aktuelle kugelförmige Gestalt der Sculptor-Zwerggalaxie teilweise die Folge einiger naher Begegnungen ist, aber unsere Messungen belegen, dass dies nicht der Fall ist", sagte Massari. Er und das Team vom Kapteyn Astronomical Institute freuen sich darauf, ihre Stichprobe von Sternen außerhalb der Milchstraßen-Galaxie mit bekannter Eigenbewegung zu erweitern, wenn Anfang nächsten Jahres der neue Gaia-Datensatz veröffentlicht wird.

Quelle

(THK)

Social Media:

Werbung



Ersten Kommentar schreiben

Antworten

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.


*